摘 要：折流桿換熱器殼程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用理論方法難以獲得殼程流體流動(dòng)和強(qiáng)化傳熱機(jī)理。為了分析折流桿在換熱器殼程中作用，采用數(shù)值方法研究了殼程流體的流動(dòng)和換熱狀況。首先對(duì)殼程結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，提出了換熱器殼程的
“單元流道”模型用于研究縱流式換熱器殼程流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的實(shí)際細(xì)觀信息。針對(duì)三維幾何模型和數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε兩方程湍流模型，用SIMPLE 算法求解速度和壓力的耦合關(guān)系，流道的固體邊界采用壁面函數(shù)法，在
不同進(jìn)口流量下對(duì)單元流道進(jìn)行模擬。結(jié)果表明，縱橫交錯(cuò)布置的折流桿在單元流道中不斷分割和剪切流道內(nèi)流體，其擾流作用促進(jìn)了流體湍流，減薄了液體邊界層，減小了對(duì)流換熱熱阻，因而有效地提高了流體的對(duì)流換熱強(qiáng)度。數(shù)值分析結(jié)果可為折流桿換熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能提高提供理論依據(jù)。
    關(guān)鍵詞：折流桿換熱器；單元流道；湍流流動(dòng)；傳熱；數(shù)值模擬
1 引    言
     折流桿換熱器用折流桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折流板支撐管束[1]，這使制造和安裝更加方便，重量和成本更低，并且殼程流體由折流板支撐時(shí)的橫向沖刷管束變?yōu)榭v向沖刷管束，有效控制了雷諾數(shù)較大時(shí)換熱管束流體誘導(dǎo)振動(dòng)，減小了殼程阻力，提高了傳熱效率。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)折流桿換熱器進(jìn)行性
能研究，并已成功地應(yīng)用于工業(yè)裝置中[2]。由于折流桿換熱器殼程結(jié)構(gòu)及流體運(yùn)動(dòng)方式的復(fù)雜性，理論研究還很不完善，殼程流體流動(dòng)的細(xì)節(jié)信息和折流桿的強(qiáng)化傳熱機(jī)理都不十分清楚。隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法為研究換熱器性能提供了一種新手段。數(shù)值方法研發(fā)周期短、費(fèi)用低、重復(fù)性好，能直觀地得到換熱器內(nèi)速度和溫度分布，便于分析換熱器性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前對(duì)換熱器的數(shù)值模擬主要針對(duì)折流板支撐的殼程流體橫向流動(dòng)[3]，采用多孔介質(zhì)模型研究殼程的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓降特性。多孔介質(zhì)模型可減少計(jì)算網(wǎng)格數(shù)，便于模擬換熱器殼程流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的全貌，但過(guò)于簡(jiǎn)化了換熱器的物理模型，模擬結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映出換熱器內(nèi)局部細(xì)節(jié)信息。本文根據(jù)折流桿支撐換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在分析異形流道內(nèi)流體流動(dòng)狀況的基礎(chǔ)上[4]，提出了殼程的單元流道模型，通過(guò)模擬得到換熱器殼程單元流道內(nèi)湍流流動(dòng)的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)，為理論分析提供依據(jù)。